Phiên mã là quá trình sinh học then chốt, nơi thông tin di truyền từ DNA được sao chép sang RNA, mở đường cho quá trình dịch mã và tổng hợp protein. Quá trình này diễn ra với độ chính xác cao và được điều hòa chặt chẽ.
Diễn biến của quá trình phiên mã có thể được chia thành ba giai đoạn chính: khởi đầu, kéo dài và kết thúc.
1. Giai đoạn khởi đầu:
Giai đoạn này bắt đầu khi enzyme RNA polymerase nhận diện và bám vào một vùng đặc biệt trên DNA gọi là promoter (vùng khởi động). Promoter đóng vai trò là tín hiệu cho RNA polymerase biết vị trí bắt đầu phiên mã. Ở sinh vật nhân sơ, RNA polymerase trực tiếp nhận diện promoter. Tuy nhiên, ở sinh vật nhân thực, quá trình này phức tạp hơn, đòi hỏi sự tham gia của các yếu tố phiên mã (transcription factors) để giúp RNA polymerase định vị và bám vào promoter.
Hình ảnh minh họa RNA polymerase đang liên kết với promoter, chuẩn bị cho giai đoạn khởi đầu phiên mã.
Sau khi RNA polymerase bám vào promoter, DNA sẽ duỗi xoắn cục bộ, tạo ra một “bong bóng phiên mã” (transcription bubble), cho phép RNA polymerase tiếp cận mạch mã gốc (template strand) của DNA. Mạch mã gốc này có chiều 3′ → 5′ và sẽ được sử dụng làm khuôn để tổng hợp RNA.
2. Giai đoạn kéo dài:
Trong giai đoạn này, RNA polymerase di chuyển dọc theo mạch mã gốc của DNA theo chiều 3′ → 5′, tổng hợp phân tử RNA bổ sung với mạch gốc theo nguyên tắc bổ sung (A với U, G với C). RNA polymerase thêm các nucleotide vào đầu 3′ của chuỗi RNA đang phát triển.
Hình ảnh mô tả quá trình kéo dài, cho thấy RNA polymerase đang tổng hợp chuỗi RNA mới dựa trên mạch DNA gốc.
Tốc độ phiên mã có thể thay đổi tùy thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm loại gene, điều kiện môi trường và sự hiện diện của các yếu tố điều hòa.
3. Giai đoạn kết thúc:
Quá trình phiên mã kết thúc khi RNA polymerase gặp một tín hiệu kết thúc (termination signal) trên DNA. Tín hiệu này có thể là một trình tự nucleotide đặc biệt hoặc một cấu trúc bậc hai trong phân tử RNA mới được tổng hợp.
Hình ảnh thể hiện sự kết thúc phiên mã, RNA polymerase tách khỏi DNA, giải phóng phân tử RNA mới tổng hợp.
Khi gặp tín hiệu kết thúc, RNA polymerase dừng lại, giải phóng phân tử RNA mới tổng hợp và tách khỏi DNA. DNA sau đó trở lại cấu trúc xoắn kép ban đầu.
Kết quả của quá trình phiên mã:
Kết quả của quá trình phiên mã là sự hình thành của một phân tử RNA, có thể là mRNA (RNA thông tin), tRNA (RNA vận chuyển), rRNA (RNA ribosome) hoặc các loại RNA chức năng khác.
Hình ảnh minh họa các loại RNA chính và vai trò của chúng trong tế bào.
- mRNA (RNA thông tin): Mang thông tin di truyền từ DNA đến ribosome để tổng hợp protein.
- tRNA (RNA vận chuyển): Vận chuyển các amino acid đến ribosome trong quá trình dịch mã.
- rRNA (RNA ribosome): Thành phần cấu trúc và chức năng của ribosome, nơi diễn ra quá trình tổng hợp protein.
Ở sinh vật nhân sơ, mRNA thường được dịch mã ngay sau khi được tổng hợp. Tuy nhiên, ở sinh vật nhân thực, mRNA cần phải trải qua quá trình xử lý hậu phiên mã (post-transcriptional processing) trước khi được dịch mã. Quá trình này bao gồm việc cắt bỏ các intron (các đoạn không mã hóa) và nối các exon (các đoạn mã hóa) lại với nhau (splicing), gắn mũ 5′ (5′ cap) và đuôi poly(A) (poly(A) tail) để bảo vệ mRNA khỏi sự phân hủy và tăng hiệu quả dịch mã.
Hiểu rõ Diễn Biến Quá Trình Phiên Mã là nền tảng để nắm bắt cơ chế điều hòa biểu hiện gene và các quá trình sinh học quan trọng khác trong tế bào.
